Name: experimental investigation of secondary flow structures downstream of a model type iv stent failure in a 180&#176; curved artery test section
Uploaded: 2016-07-19T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Experimental Investigation of Secondary Flow Structures Downstream of a Model Type IV Stent Failure in a 180Â° Curved Artery Test Section at JoVE.com

Les auteurs reconnaissent le soutien de subvention NSF CBET-0909678 et le financement du Centre de GW pour biomimétique et bioinspirée Engineering (COBRE). Nous remercions les étudiants, M. Christopher Popma, Mme Leanne Penna, Mme Shannon Callahan, M. Shadman Hussain, M. Mohammed R. NAJJARI, et Mme Jessica Hinke de l&#39;aide dans le laboratoire et M. Mathieu Barraja pour aider à dessins CAO.

1. Conception et fabrication de modèles de stent Remarque: Les étapes suivantes ont été suivies pour créer des modèles à l&#39;échelle laboratoire de stents droites et courbes. L&#39;installation des deux modèles de stent incarnera une fracture &quot;Type IV&quot; (fragmentation et déplacement linéaire de pièces de stent fracturées). Note: Les auteurs ont utilisé le logiciel Pro / Engineer au moment de la recherche pour la création de modèles CAO de...

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Le protocole présenté dans le présent document décrit l&#39;acquisition de haute fidélité des données expérimentales en utilisant une technique d&#39;image de particules de vélocimétrie (PIV) et des méthodes de détection de structures cohérentes, à savoir., Transformées en ondelettes continues, <img alt="L&#39;équation 1" src="https://neuron2.jove.com/files/ftp_upload/51288/51288eq1.jpg" /> , Adapté pour l&#39;identification des tourbillons et des flux de cisaillement dominé. L&#39;analyse des données...

structures d&#39;écoulement secondaires sont des modèles de flux tourbillonnaires qui se produisent dans des géométries d&#39;écoulement internes avec des courbures tels que des tuyaux et des canaux courbes. Ces structures tourbillonnaires se posent en raison de l&#39;action combinée des forces centrifuges, des gradients de pression négatifs et des caractéristiques de débit entrant. En général, les structures d&#39;écoulement secondaires apparaissent dans les sections planes de tubes courbes comme symétriques tourbillons de type Dean sous afflux régulier et, tourbillons symétriques de Dean et Lyne type dans des conditions d&#39;encaissement oscillatoires 1 -. 3 morphologies d&#39;écoulement secondaires sont grandement affectées par pulsatility et de multiples harmoniques de pulsatile, les conditions d&#39;afflux physiologiques. Ces structures acquièrent nettement différentes caractéristiques taille résistance en forme par rapport à la non-physiologique (stable et oscillatoire) flux 1 -. 6 développement des lésions athérosclérotiques dans les artères est affectée par l&#39;existence de haute fréquence des oscillations de cisaillement dans les régions ayant un faible moyen de cisaillement 27, 28 </sup&gt;. des structures secondaires d&#39;écoulement peut influer sur l&#39;évolution de maladies telles que l&#39;athérosclérose et, éventuellement, servir de médiateur de la réponse endothéliale due à la circulation sanguine pulsatile en modifiant les contraintes de cisaillement des parois et des temps d&#39;exposition des particules véhiculées par le sang. Un traitement commun à l&#39;athérosclérose, une complication entraînant un rétrécissement des artères par des lésions obstructives, est l&#39;implantation de stents. Fractures de stent sont des échecs structurels de stents implantés qui conduisent à des complications médicales telles que resténose intra-stent (ISR), la thrombose de stent et formation d&#39; un anévrisme 9 -. 13 fractures de stent ont été classés en différents échec &quot;Types I-à-IV», dans laquelle &quot; de type IV» caractérise la plus haute et la sévérité clinique est définie comme la rupture transversale complète des entretoises d&#39;endoprothèse vasculaire ainsi que les déplacements linéaires des fragments d&#39;endoprothèse 14. le protocole présenté dans cette étude décrit un experimental procédé de visualisation des structures secondaires d&#39;écoulement en aval d&#39;un idéalisée &quot;de type IV&quot; stent fracture dans un modèle d&#39;artère courbe. Le protocole proposé a les quatre caractéristiques essentielles suivantes: Conception et fabrication de modèles de stent échelle du laboratoire: Description géométrique des stents peut être associé à un ensemble de spirales auto-expansible (ressorts ou hélices) entrelacées en utilisant Nitinol (alliage de nickel et de titane) 29 fils. La longueur du stent et son diamètre dépendent de l&#39; entretoise sur l&#39;échelle de longueur des lésions artérielles rencontrées lors de l&#39; implantation clinique 5. variation Parametric du diamètre de la jambe et le soulèvement de l&#39;enroulement (ou pas) conduit à des stents de différentes configurations géométriques. Un résumé des paramètres de conception de stent choisis pour l&#39; impression 3D sont présentés dans le tableau 1. Préparation d&#39;un fluide de travail analogue de sang adaptéavec une viscosité cinématique de sang et d&#39; indice de réfraction de la section d&#39;essai: l&#39; accès optique à la section d&#39;essai de l&#39; artère incurvée est nécessaire pour effectuer des mesures de vitesse non invasives. En conséquence, un sang mimant newtonienne du fluide de travail à l&#39;indice de réfraction du modèle vasculaire et , idéalement, une viscosité dynamique, ce qui correspond le sang humain est utilisé pour obtenir des mesures de débit de sang précis . 16 - 18 30 Le fluide de travail utilisé dans cette étude a été rapportée par Deutsch et al. (2006), qui comprend de l&#39; iodure de 79% de sodium saturée aqueuse (Nal), 20% de glycérol pur et 1% d&#39; eau (en volume) 16. Dispositif expérimental pour la détection des structures secondaires d&#39;écoulement cohérentes en utilisant un bicomposant image bidimensionnelle de particules vélocimétrie (2C-2D PIV): Des expériences ont été conçues pour acquérir des données de vitesse d&#39;écoulement secondaire en phase moyennée à divers endroits planes transversales en aval de une combinaison de straight et sections de stent courbes incarnant une idéalisé &quot;Type IV&quot; stent fracture 5, 6, 9, 14. Le protocole-étapes relatives à l&#39;acquisition de champs de vitesse d&#39;écoulement secondaire à l&#39; aide d&#39; images de particules (PIV) technique implique un système de PIV qui comprend des un laser (feuille de lumière) de la source, l&#39;optique de se concentrer et éclairer les régions du flux, un dispositif charge spéciale de corrélation croisée couplé (capteur CCD ou une caméra) et des particules de traceurs pour être éclairé par la nappe de lumière dans un court intervalle de temps (At ; voir le tableau 4) 31, 32. Les étapes du protocole supposent ce qui suit: d&#39;abord, un calibré, expérimental d&#39;un bi-composant, à deux dimensions (2C-2D) système PIV qui évalue les images en double-cadre, les enregistrements mono-exposition. En second lieu, le système 2C-2D PIV calcule les déplacements moyennes des particules de traceur en effectuant une corrélation croisée entre deux trames d&#39;image acquises au cours de chaque enregistrement. A brRésumé IEF de PIV spécifications et acquisition d&#39;image logiciel est présenté dans le matériel et l&#39;équipement table. Troisièmement, toutes les précautions de sécurité nécessaires au fonctionnement du laser sont suivies par le personnel de laboratoire formé selon les lignes directrices fournies par l&#39;établissement d&#39;accueil. Les auteurs suggèrent Refs. 31 et 32 ​​pour une compréhension globale de la mise en œuvre, la fonctionnalité et de l&#39;application de la technique PIV dans la dynamique aéro-, bures et microfluidiques, détection de pic de corrélation et de déplacement estimation, matériau et la densité des particules de traceur, et le bruit de mesure et de précision. Veuillez également noter que le laser et la caméra peuvent être commandées par l&#39;ordinateur d&#39;acquisition de données de PIV (figure 3A) et un logiciel de traitement de données. L&#39; acquisition de données et de post-traitement pour la détection de structure cohérente: les mesures de vitesse d&#39;écoulement secondaire de phase moyennée à l&#39; aide d&#39; un PIV 2C-2D ont été générés en utilisant la description du protocole qui suit. Post-processus<html> tion des données implique la détection de la structure de flux secondaire cohérente en utilisant les trois méthodes suivantes: transformées en ondelettes continues, <img alt="L&#39;équation 1" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq1.jpg" /> 5, 6, 19 - 24, 26. Les auteurs notent que le tenseur de gradient de vitesse est essentiellement une matrice 3 x 3, <img alt="équation 2" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq2.jpg" /> . Le protocole présente un procédé d&#39;acquisition de mesures expérimentales deux dimensions (technique de 2C-2D PIV). Par conséquent, un accès complet expérimental pour le tenseur de gradient de vitesse ne sera pas réalisable en utilisant cette méthode. Le tenseur de gradient de vitesse pour chaque pixel <img alt="l&#39;équation 3" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq3.jpg" /> de l&#39;image PIV <img alt="l&#39;équation 4" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq4.jpg" /> doit être une matrice 2 x 2, <img alt="l&#39;équation 5" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq5.jpg" /> . La composante z vorticitéquation 6 &quot;src =&quot; / files / ftp_upload / 51288 / 51288eq6.jpg &quot;/&gt; pour chaque pixel <img alt="L&#39;équation 7" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq7.jpg" /> est calculée à l&#39;aide de la partie anti-symétrique du tenseur de gradient de vitesse <img alt="L&#39;équation 8" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq8.jpg" /> . Le résultat sera un tableau 2D de vorticité <img alt="L&#39;équation 9" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq9.jpg" /> qui peuvent être visualisées dans un tracé de contour. Les auteurs suggèrent fortement Ref. 25 pour une discussion accès expérimental éloquent du tenseur du gradient de vitesse vers l&#39;amélioration de la connaissance de la vorticité dissipation, des vitesses de déformation et de détection de structure cohérente. En outre, les auteurs ne cherchent pas à explorer les inter-relations entre les méthodes de détection de structure cohérente ci-dessus et de proposer Réf. 23, 24 pour une discussion approfondie sur ce sujet. L&#39;objectif des étapes du protocole est l&#39;identification quantitative des flux secondaire (tourbillonnaire) structures (également connu sous le nom des structures cohérentes). Trois méthodes de détection cohérente à savoir de la structure., <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq10.jpg" /> et ondelettes vorticité transformé <img alt="équation 11" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq11.jpg" /> sont appliquées aux données du champ de vitesse vers la détection des multi-échelles, des événements multi-résistance des structures d&#39;écoulement secondaire en aval du idéalisé &quot;Type IV&quot; stent fracture. le <img alt="équation 12" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq12.jpg" /> , Définit un tourbillon comme une région de l&#39; espace où la norme euclidienne du tenseur de tourbillon domine celle du taux de déformation 19, 23, 24 .Matrice du gradient de vitesse est décomposé en symétrique (vitesse de déformation) et (rotation) parties antisymétriques. Eigenvalues ​​de la matrice de la vitesse de déformation sont calculées; <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq13.jpg" /> . Norm de la vitesse de déformation est alors calculée; <img alt = src &quot;Equation 14&quot; = &quot;/ files / ftp_upload / 51288 / de 51288eq14.jpg&quot; /&gt;. Vorticity est calculée à partir de la partie symétrique anti. Enstrophie ou carré de z-composante vorticité, <img alt="Equation 15" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq15.jpg" /> ) Est ensuite calculée. le <img alt="Equation 16" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq16.jpg" /> est finalement calculée; <img alt="Equation 17" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq17.jpg" /> . Un tracé de contour de l&#39;ensemble des <img alt="Equation 18" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq18.jpg" /> avec des iso-régions <img alt="Equation 19" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq19.jpg" /> , Indiquera les structures d&#39;écoulement secondaire 19. le <img alt="Equation 20" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq20.jpg" /> Également connu sous le nom de force de tourbillonnement &quot;est une méthode d&#39;identification de vortex effectuée par analyse au point critique du tenseur de gradient de vitesse locale et ses valeurs propres correspondantes 20-24 <strong&gt;. Eigenvalues ​​du tenseur de gradient de vitesse à chaque pixel <img alt="Equation 21" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq21.jpg" /> sont calculés. Les valeurs propres doivent être de la forme, <img alt="Equation 22" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq22.jpg" /> . Un tracé de contour de <img alt="Equation 23" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq23.jpg" /> avec des iso-régions <img alt="Equation 24" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq24.jpg" /> indiquera les structures d&#39;écoulement secondaire 20 - 22. méthode transformée en ondelettes utilise une fonction d&#39;analyse (ou ondelettes) qui a la douceur dans les espaces physiques et spectrales, est admissible (ou a une moyenne nulle) et a un fini <img alt="Equation 25" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq25.jpg" /> 5, 6, 26. Par convolution un dilatée ou contractée ondelettes avec un champ de vorticité 2D, ondelettes transformé vorticité <img alt="Equation 26" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq26.jpg" /> champ est généré comprising des structures cohérentes avec une large gamme d&#39;échelles et les points forts 5, 6, 26. Shannon entropie du champ de vorticité ondelettes transformée 2D est calculée pour estimer l&#39;échelle de ondelette optimale à laquelle toutes les structures cohérentes sont correctement résolus. Cette estimation de l&#39;entropie implique un ensemble de probabilités <img alt="Equation 27" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq27.jpg" /> pour chaque pixel, <img alt="Equation 21" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq21.jpg" /> tel que <img alt="Equation 28" src="/files/ftp_upload/51288/51288eq28.jpg" /> , Le module normalisé carré de la vorticité associée au pixel à l&#39; emplacement m, n 5, 6. Les étapes de la procédure sont présentés dans le graphique 6. Les restrictions imposées sur le choix de l&#39;ondelette sont présentés en détail dans Réf. 26. Cette étape de protocole décrit la procédure de détection de structure cohérente en utilisant une ondelette 2D Ricker. La justification de l&#39;utilisation de ce wavelet pour tourbillonnaire pattern matching est présenté dans Réf. 5, 6 et les références pertinentes qui y sont citées.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="698">
	<tbody>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Acrylic tubes and sheet</td>
			<td style="width:155px;">McMaster-Carr Supply Company</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:208px;">Inlet and outlet pipes and, material of the curved artery test section</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Object24 Desktop 3D printer</td>
			<td style="width:155px;">Stratasys</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:208px;">Desktop rapid prototyping machine. http://www.stratasys.com/.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">VeroWhitePlus Opaque material</td>
			<td style="width:155px;">Stratasys</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:208px;">Building material for Object24 Desktop 3D printer</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:216px;">Fullcure 705</td>
			<td style="width:155px;">Stratasys</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:208px;">&#160;Non-toxic gel-like photopolymer Support material for Object24 Desktop 3D printer</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Ubbelhode viscometer</td>
			<td style="width:155px;">Cole Parmer</td>
			<td>YO-98934-12</td>
			<td style="width:208px;">Toward measurement of kinematic viscosity of the blood-analog fluid</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">VELP scientifica - ESP stirrer&#160;</td>
			<td style="width:155px;">VELP Scientifica</td>
			<td>F206A0179</td>
			<td style="width:208px;">Magnetic stirrer</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Ohaus Scout Pro SP 601&#160;</td>
			<td style="width:155px;">The Lab Depot</td>
			<td>SP4001</td>
			<td style="width:208px;">Weigh scale</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Refractometer</td>
			<td>Atago</td>
			<td style="width:119px;">PAL-RI</td>
			<td style="width:208px;">Toward measurement of refractive index of blood-analog fluid</td>
		</tr>
		<tr height="105">
			<td height="105" style="height:105px;width:216px;">Beakers, pipettes, syringes and spatula</td>
			<td style="width:155px;">Sigma-Aldrich&#160;</td>
			<td style="width:119px;">CLS710110,&#160; CLS10031L, CLS71015, CLS71011 Z193216</td>
			<td style="width:208px;">Toward handling materials required for blood-analog solution preparation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sodium Iodide</td>
			<td style="width:155px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>383112-2.5KG&#160;</td>
			<td style="width:208px;">Crystalline</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Glycerol</td>
			<td style="width:155px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>G5516-1L</td>
			<td style="width:208px;">Liquid</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Deionized Water</td>
			<td style="width:155px;">-</td>
			<td style="width:119px;">-</td>
			<td style="width:208px;">Liquid</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sodium thiosulfate anhydrous</td>
			<td style="width:155px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>72049-250G</td>
			<td style="width:208px;">Powder</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">PIV Recording medium</td>
			<td style="width:155px;">&#160;LaVision&#160;</td>
			<td style="width:119px;">Imager Intense 10Hz</td>
			<td style="width:208px;">PIV Image acquisition CCD camera</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">PIV Illumination source</td>
			<td style="width:155px;">New Wave Research</td>
			<td style="width:119px;">Solo III-15</td>
			<td style="width:208px;">PIV Laser source, Nd:YAG laser, 532 nm, dual pulse 70 mJ/pulse</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">PIV Imaging software</td>
			<td style="width:155px;">&#160;LaVision&#160;</td>
			<td style="width:119px;">DaVis 7.2&#160;</td>
			<td style="width:208px;">PIV data acquisition and instrument control&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="211">
			<td height="211" style="height:211px;width:216px;">PIV Seeding material</td>
			<td style="width:155px;">Thermo-scientific&#160;&#160;</td>
			<td style="width:119px;">Flouro-Max</td>
			<td style="width:208px;">Red fluorescent polymer microspheres (&#8776; 7 &#181;m); Dry dyed polystyrene (DVB) fluorescent microspheres emit bright and distinct colors when illuminated by the light of shorter&#160; wavelengths than the emission wavelength.&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

experimental investigation of secondary flow structures downstream of a model type iv stent failure in a 180&#176; curved artery test section

Le réseau artériel dans le système vasculaire humain comprend des ubiquitaire présents vaisseaux sanguins avec des géométries complexes (branches, les courbures et la tortuosité). les structures d&#39;écoulement secondaires sont des modèles d&#39;écoulement tourbillonnaire qui se produisent dans les artères courbes grâce à l&#39;action combinée des forces centrifuges, les gradients de pression négatifs et des caractéristiques de débit entrant. Ces morphologies d&#39;écoulement sont grandement affectées par pulsatilité et harmoniques multiples de conditions d&#39;afflux physiologiques et varient grandement dans les caractéristiques de taille de force en forme par rapport à la non-physiologique (stable et oscillatoire) circule 1-7. Des structures secondaires d&#39;écoulement peuvent éventuellement influer sur la contrainte de cisaillement de paroi et le temps d&#39; exposition des particules de sang vers la progression de l&#39; athérosclérose, la resténose, la sensibilisation des plaquettes et la thrombose 4 - 6, 8 - 13 Par conséquent, la capacité de détecter et de caractériser ces structures sous laboratoire. conditions contrôlées par est precursou de poursuivre les investigations cliniques. Un traitement chirurgical commun à l&#39;athérosclérose est l&#39;implantation du stent, pour ouvrir les artères sténosées pour la circulation sanguine sans obstacle. Mais les perturbations de flux concomitants due aux installations de stent conduisent à multi-échelles morphologies d&#39;écoulement secondaire 4 -. 6 complexités d&#39;ordre plus en plus élevés , tels que l&#39; asymétrie et la perte de cohérence peuvent être induites par des défaillances de stent qui ont suivi vis-à-vis de ceux qui dans les flux non perturbés 5. Ces échecs stent ont été classés comme «Types I à IV» fondées sur des considérations de défaillance et la sévérité clinique 14. Cette étude présente un protocole pour l&#39;étude expérimentale des structures complexes d&#39;écoulement secondaire en raison de compléter transversale fracture de stent et de déplacement linéaire de parties fracturées ( &quot;de type IV&quot;) dans un modèle d&#39;artère courbe. La méthode expérimentale implique la mise en œuvre de l&#39;image de particules vélocimétrie (2C-2D PIV) techniques avec une archétypale artère carotide entrée de forme d&#39; onde, un indice de réfraction adapté sang analogique fluide de travail pour les mesures d&#39;élimination moyenne de 15 -. 18 identification quantitative des structures d&#39;écoulement secondaire a été réalisé en utilisant les concepts de la physique de l&#39; écoulement, la théorie du point critique et un roman transformée en ondelettes algorithme appliqué aux données expérimentales PIV 5, 6, 19-26.

Les résultats présentés sur la figure 7A-D ont été générées après les données de vitesse d&#39;écoulement secondaire de post-traitement (voir les figures 5, 6) acquises par le système 2C-2D PIV représenté sur la figure 3A. La condition d&#39;entrée fournie à la section courbe de test de l&#39; artère avec un idéalisée &quot; de type IV&quot; stent rupture est la forme d&#39; onde de l&#39; artère carotide représenté...

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Experimental Investigation of Secondary Flow Structures Downstream of a Model Type IV Stent Failure in a 180&#176; Curved Artery Test Section

Stent implants in stenosed arterial curvatures are prone to "Type IV" failures involving the complete transverse fracture of stents and linear displacement of the fractured parts. We present a protocol for detection of secondary flow (vortical) structures in a curved artery model, downstream of clinically relevant "Type IV" stent failures.

Etude expérimentale des structures de flux secondaire en aval d&#39;un échec Modèle Type IV Stent dans une section d&#39;essai de 180 ° Artère Curved

The arterial network in the human vasculature comprises of ubiquitously present blood vessels with complex geometries (branches, curvatures and ...

This video shows how to use Particle Image Velocimetry, and Coherent Structure Detection, to detect secondary flow or wortical structures in a curved artery model, to better understand the clinical relevance of Type IV stent failures. This method can help answer key questions in cardiovascular hemodynamics. Such as, how stents, which can deteriorate over time and ultimately fracture, can influence blood flow patterns and affect disease progression in vascular remodeling.The main advantage of this technique is that it facilitates investigation of in-vivo and in-vitro measurements in complex physiological arterial flows involving stent and stent fractures. Demonstrating procedure will be Mohammad Najjari, a graduate student, and Jessica Hinke, an undergraduate student. Prepare a blood-analog solution comprised of 79%saturated sodium iodide solution, 20%glycerol, and 1%deionized water.Start with saturated sodium iodide solution, then, add the glycerol in small increments using a syringe until the entire volume of glycerol has been added. Between additions, wait for the solution to become visibly homogenized, and take note of the volume of each glycerol addition. Next, add the required volume of water, continue stirring until the blood-analog solution is visibly homogenized.Finally, add very small quantities of sodium thiosulfate, using a spatula until the solution is optically clear. To begin, create high resolution STL files from the straight and curved stent Cad models. In the software, select Export and Model from the file menu.Choose the STL option, set the Chord Height to zero, and set the Angle Control to one. The angle control value regulates the amount of tessellation along the surface with small radii, and the setting can be adjusted between zero and one. Then, click OK to create the STL file.Next, fabricate the stent models on a Rapid Prototyping machine. To do this, start the 3D printing software and click on Insert to locate the STL file on the 3D printer computer. Then, select the desired file and drive the mouse to place the STL file on a virtual platform on the screen.Next, using the 3D-printed parts, install the stent into the curved artery test section to recreate an Idealized Type IV fracture scenario. Entailing a complete transverse fracture of stents and linear displacement of fragmented parts. Now, assemble the setup on an optical table.Connect the straight acrylic pipes to the inlet and outlet of a 180 degree curved artery test section. To begin, grossly adjust the laser's position by illuminating a small piece of paper. Make the laser sheet approximately 2mm thick by adjusting the focus.Next, target the laser sheet along the 90 degree portion of the measurement region with the sheet perpendicular to the table. Then, place a camera near the zero degree or 180 degree location to view the cross sectional region illuminated by the laser sheet. Incrementally adjust the alignment of the laser and camera so the camera views the circular cross section of the curved artery with minimal particle distortion, which is assessed using the Grab function in the software.Once the camera and laser are in position, acquire images of the secondary flow fields. First, turn on the programmable pump. In the pump instrument control program, set the Amplitude to one volt.Set the DC Offset to zero volts. Set the number of timed steps to 1000, and set the time period to four seconds. Additional settings are discussed in the Text Protocol.Then, load the text file that has the values for the voltage time wave form, and run the program to supply the blood-analog fluid to the experiment. In the PIV Data Acquisition program, after clicking the New Recordings tab, select the device under the Settings section, and confirm that the laser is set to On with the appropriate power settings. Navigate to laser control to confirm the values.Navigate to Timing and set it to External Cyclic Trigger. Click on Acquisit, select Table Scan, Edit Table Scan, Append Scan, and populate scan settings by entering start time representative of systolic deceleration. Time increment and end time of PIV data acquisition.Reference Time, DT1, or the time between laser pulses should be adjusted. Then, click on Close. Under Acquisit, click on image acquisition and enter the number of images as 200.Now, the PIV system is ready to acquire data. Select Start Recording to acquire phase-wise measurements, using the trigger signal from the pump instrument control. The set number of plane or velocity fields at each time instance, and at the prearranged 90 degree test section location will then be acquired.When the recording is done, power down the laser. Turn off the pump, turn off the camera, and replace the lens cover. Using the supplemental code file, compute the Phase Averaged and RMS Secondary Flow Velocities, Vorticity, and Swirling Strength fields.In the software, initialize setting pertaining to defined scale and send to Mask Definition. Review the Supplemental Code file for details. In the software, right click on any PIV data, and initiate Batch Processing.Select the operation Vector Statistics, Vector Field Results from the group Statistics, and click on Parameter in the Dialog box. Toggle the average V and RMSV options under the Vector Field section. Then, select the operation Vorticity from the group Extract Scalar Fields Rotation and Shear.This finds the two dimensional vorticity in the planar cross section. Now, start the processing by making a right click on any PIV data under the Project window, and selecting Hyperloop All Sets. To compute the Swirling Strength fields for the detection of Secondary Flow Structures, right click on any PIV data, select Velocity Vector Field in the tree, and initiate batch processing.Then, select the operation Swirling Strength from the group Extract Scalar Fields Rotation and Shear, and click on Close. Now, right click on the same Velocity Vector Field, select Hyperloop All Sets, and adjust the parameters for Batch Processing as before. Finally, execute the computation of the Swirling Strength fields.Secondary Flow Velocity data at the 90 degree cross-sectional location, was acquired from the 2C 2D PIV system. The inflow condition supplied to the curved artery test section with an Idealized Type IV stent fracture was the carotid artery wave form. The Secondary Flow Velocity field data was generated using the PIV technique, via synchronization of Trigger produced by the pump instrument control computer.Post-processing of the data was applied to the pixelated data, to determine the Q-criterion and Swirling Strength or Landis ci-criterion during the systolic deceleration. The Swirling Strength and Q-criterion-based flow fields were compared. The wortical patterns marked with DLW characters, representative of deformed Dean-Lynn-and Wall-type DLW wortical patterns, and strain-dominated regions, were examined at four distinct cross-sectional locations during systolic deceleration.The continuous Wavelet Transformed-based method was applied to the secondary flow vorticity field, that enabled vortex detection with greater detail in shape, size, and strength. Finally, the Q-criterion, Swirling Strength, and Wavelet Transformed-based flow fields were compared. The Wavelet Transformed-based method revealed the presence of complex wortical patterns with great detail in size, scale, and strengths.Once mastered, this technique can be done in approximately eight hours, including PIV data acquisition and post-processing, after the model stents are printed on the 3D printer. While attempting this procedure, it's important to remember to make sure the blood-analog fluid refractive index is adequately matched using minute quantities of sodium thiosulfate. In future, to improve paratheory result accuracy, and minimize the optical distortion, we will be using a PIV calibration map like this.Following this procedure, flows in patient-specific blood vessels can be evaluated in order to answer additional questions pertaining to pathological conditions, allowing unprecedented access to hemodynamics of prosthetics, stent implants, and fractured stents.

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